摘 要：對(duì)馬鋼2500m3高爐冷卻壁的破損及變更改造原因進(jìn)行了分析比較，認(rèn)為使用銅冷卻壁對(duì)高爐長(zhǎng)壽有著決定性的影響。通過(guò)對(duì)銅冷卻器冷卻強(qiáng)度的摸索控制，改善了高爐的穩(wěn)定順行。
關(guān) 鍵 詞：大型高爐；冷卻壁；銅冷卻器；漏水
馬鋼二鐵總廠(chǎng)現(xiàn)有2500m3高爐2座。1號(hào)高爐1994年4月投產(chǎn)，2007年2月停爐大修，2007年6月投產(chǎn)；2號(hào)高爐2003年10月投產(chǎn)。高爐爐腹至爐身下部冷卻壁，經(jīng)歷了由球墨鑄鐵→鑄鋼→銅的演變。本文重點(diǎn)闡述銅冷卻壁、銅冷板在馬鋼二鐵的使用情況。
1 高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷
1號(hào)高爐爐體的冷卻壁為高韌性球磨鑄鐵冷卻壁，冷卻水為開(kāi)路循環(huán)工業(yè)凈化水。由于冷卻壁的大量破損，于2000年12月5日被迫進(jìn)行第一次項(xiàng)修，大面積更換冷卻壁，12月21日重新點(diǎn)火服役。第一代爐役未中修服役期為6年7個(gè)月。隨后，由于爐腹第6～7段冷卻壁的大量破損，2003年進(jìn)行年修更換，材質(zhì)改為鑄鋼。2007年，高爐大修爐腹至爐身下部冷卻壁改為軋制銅，同時(shí)取消了爐腰板。高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷見(jiàn)表1。
1．1 1號(hào)高爐(第一代)項(xiàng)修前冷卻壁的破損情況
1994年4月—2000年11月，1號(hào)高爐(第一代)爐役中修前，各段冷卻壁的破損情況見(jiàn)表2。
對(duì)破損冷卻壁分段，第6、7段為爐腹段；爐腰板、第8、9段為爐腰段；第10、11、12、13段為爐身中下部。其中，爐腰段冷卻壁破損率最高，開(kāi)爐后至第三年即有51．66％冷卻壁發(fā)生破損漏水；至開(kāi)爐后第五年，破損率已高達(dá)81．66％，說(shuō)明1號(hào)高爐此部位冷卻壁破損最嚴(yán)重。
至2000年10月，1號(hào)高爐冷卻壁已有72．7％破損。值得特別注意的是，開(kāi)爐后的第一年，1號(hào)高爐即有5塊冷卻壁破損，其后全爐冷卻壁的破損速度相當(dāng)快。2000年中修，對(duì)損壞最嚴(yán)重的爐腰板進(jìn)行全部更換，材質(zhì)改為銅，對(duì)第6～7段漏水冷卻壁進(jìn)行更換，材質(zhì)未改。隨后，由于第6～7段爐腹段冷卻壁的大量破損，2003年被迫進(jìn)行年修更換，材質(zhì)改為鑄鋼。
1．2 鑄鋼冷卻壁及銅冷卻壁比較
由于大量冷卻壁破損，1號(hào)高爐在2000年12月曾安排項(xiàng)修。在更換爐腹段冷卻壁時(shí)，使用了1塊銅冷卻壁用作試驗(yàn)，至2007年2月第一代爐役停爐時(shí)，共使用了6年零1個(gè)月。此塊銅冷卻壁使用無(wú)氧軋制銅板加工，采用四進(jìn)四出直列水通道獨(dú)立給水，安裝在第6段第28~29號(hào)風(fēng)口的上方(第38塊)，與此次解剖的同段第27～28號(hào)風(fēng)口上方的鑄鋼冷卻壁(第37塊)并列，使用環(huán)境和工況相同，因而易于進(jìn)行解剖比較。
(1)解剖方法。實(shí)體解剖在馬鋼第二機(jī)制公司的6m龍門(mén)刨床上進(jìn)行，自熱面向冷面連續(xù)逐段刨切，至水通道中心線(xiàn)斷面止。鑄鋼、銅冷卻壁解剖如圖1所示。
(2)鑄鋼冷卻壁刨切過(guò)程中的裂縫及水管拉斷情況。自熱面刨下86mm后的情況如圖2所示，自熱面刨下86mm后冷卻壁的斷面情況如圖2(a)所示；此斷面上清晰可見(jiàn)壁體多處的顯裂縫，固定螺栓中心線(xiàn)橫向貫穿整個(gè)冷卻壁的大裂縫，寬約8mm[如圖2(b)所示]；冷卻壁邊緣水管已拉斷開(kāi)裂，裂縫貫穿冷卻壁并連通到固定螺栓處[如圖2(c)所示]；冷卻壁下部固定螺栓處應(yīng)力集中產(chǎn)生的放射狀斷裂縫，縫寬5～8mm[如圖2(d)所示]。產(chǎn)生裂縫及水管拉斷的主要原因應(yīng)為熱應(yīng)力導(dǎo)致。
(3)銅冷卻壁熱面燕尾槽的剖面情況。解剖表明，熱面燕尾槽剖面無(wú)任何燒損、侵蝕，也無(wú)任何氣孔和缺陷，無(wú)裂紋裂縫，且表面光滑(如圖3所示)。
銅冷卻壁刨切至燕尾槽底時(shí)的剖面情況如圖4所示，圖4中黑色部分為固定螺栓位置，小的斑點(diǎn)為刨床漏下的油漬，表面仍非常光滑，無(wú)任何細(xì)小的裂紋和缺陷。
解剖的銅冷卻壁采用直進(jìn)直出四通道進(jìn)出水布置，水通道為直接在軋制銅坯上鉆孔而成。解剖至水通道中心線(xiàn)時(shí)的斷面情況如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，水道內(nèi)面依舊光滑，且無(wú)任何結(jié)垢現(xiàn)象，說(shuō)明銅材質(zhì)冷卻壁具有優(yōu)良的抗結(jié)垢性能。
2 銅冷卻器的使用情況
根據(jù)2號(hào)高爐爐腰銅冷板及其他高爐的使用情況后，1號(hào)高爐在2007年大修時(shí)作出了取消爐腰板的選擇，目前第6～8段銅冷卻壁使用正常。
2號(hào)高爐于2003年10月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)采用全冷卻壁、磚壁合一、噴涂?jī)?nèi)襯、銅冷卻壁、銅冷板、水冷炭磚爐底、進(jìn)口“陶瓷杯”爐缸等當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù)。從爐底到爐喉鋼磚下沿共19段冷卻壁和3段銅冷板過(guò)渡，根據(jù)爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不用結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁(見(jiàn)表3)。關(guān)鍵部位采用銅冷卻壁并在爐皮的拐點(diǎn)處增加3段銅冷板(每段48塊)，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)思想是以便有機(jī)過(guò)渡，做到冷卻壁間安裝面過(guò)渡平滑。
(1)銅冷卻壁使用情況。2號(hào)高爐爐體第6～9段安裝了4段銅冷卻壁，每塊有4個(gè)通道至下而上串聯(lián)給水，供水環(huán)管Φ720mm×10mm。2004年7月26日，首次發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，漏水很小。經(jīng)多次確認(rèn)后，認(rèn)定為通道漏水，懷疑為銅冷卻壁接頭管道處受應(yīng)力拉伸開(kāi)焊而漏水，銅冷卻壁壁體應(yīng)是完好的。
至目前為止，共發(fā)現(xiàn)11個(gè)通道漏水，均進(jìn)行了控水及拆分處理，對(duì)高爐生產(chǎn)影響不大。
(2)銅冷卻板使用情況。2號(hào)高爐爐體第9段與第10段、第10段與第11段、第11段與第12段之間安裝了3段銅冷卻板。3段銅冷板每塊有冷熱面兩個(gè)通道，自聯(lián)后再兩塊水平串聯(lián)給水(兩塊一聯(lián))，供水環(huán)管Φ26min×8mm。2007年4月13日，檢查出第9段1號(hào)第一塊銅冷卻板破損開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)其漏水危害極大，且較難控制，影響到高爐的生產(chǎn)與順行。因銅冷卻板供水方式是兩塊水平串聯(lián)，一旦破損后，必須先控水，待休風(fēng)時(shí)再進(jìn)行拆分?？赏ㄟ^(guò)幾次拆分，發(fā)覺(jué)無(wú)論怎么控制破損板的進(jìn)水量，一段時(shí)間后，還是保不住破損的這一塊，爐皮也出現(xiàn)滲水，爐況受到影響。即使內(nèi)向灌漿，外向單獨(dú)供水，最終冷面仍然損壞，究其原因可能還是在于控水后破壞了外向的使用效果。為了保住銅冷卻板及對(duì)高爐爐殼的保護(hù)作用，經(jīng)研究后決定改造銅冷卻板的冷卻方式，即先在內(nèi)向的進(jìn)出水管上焊灌漿閥，提前灌樹(shù)脂耐磨料盲死內(nèi)向，達(dá)到保護(hù)外向不被損壞，然后把外向供水再兩塊水平串聯(lián)，其改造前后示意如圖6所示。
2008年3月19日，利用定修機(jī)會(huì)，先在第9段銅冷卻板做改造性試驗(yàn)。改造后，第9段銅冷卻板進(jìn)出水狀態(tài)正常，保留的板體外向無(wú)一例破損漏水，也未發(fā)現(xiàn)其他異常狀況。鑒于效果較好，于2009年4月13日利用年休機(jī)會(huì)，對(duì)未改造的第10、11段銅冷卻板進(jìn)行了全部改造(無(wú)論好壞)。截至目前，此3段銅冷卻板使用狀況穩(wěn)定，有效地控制住了破損銅冷卻板漏水給高爐生產(chǎn)造成的影響，提升了高爐的使用壽命，改造非常成功。
從我廠(chǎng)的使用情況看，銅冷板的破損與高爐的順行密切相關(guān)。1號(hào)高爐順行狀況較2號(hào)高爐好，1號(hào)高爐2000年12月?tīng)t腰板換為銅冷板后至2007年2月高爐停爐大修，銅冷板完好無(wú)損，無(wú)一漏水；而2號(hào)高爐僅生產(chǎn)3年半就發(fā)現(xiàn)銅冷板漏水，且破損速度快，2007年4月13日檢查出第9段1號(hào)第一塊銅冷卻板破損開(kāi)始，當(dāng)年就破損了10塊。
(3)高爐生產(chǎn)對(duì)銅冷卻器的控制情況。由于銅冷卻壁在我國(guó)實(shí)際使用時(shí)間較短，幾乎沒(méi)有完整使用一代爐齡的高爐，可借鑒的資料很少。2號(hào)高爐2003年10月開(kāi)爐起初，對(duì)銅冷卻壁、銅冷板的進(jìn)水量是不控制的。2008年的一段時(shí)間，渣皮頻繁脫落，時(shí)常發(fā)生砸歪風(fēng)口小套現(xiàn)象。高爐操作上經(jīng)常感覺(jué)邊緣有自動(dòng)加重現(xiàn)象，后將風(fēng)口小套長(zhǎng)度由575mm縮短至525mm，渣皮脫落砸歪風(fēng)口小套現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，但爐況穩(wěn)定性未有根本好轉(zhuǎn)，基本上高爐每年都有一次大的波動(dòng)，且基本發(fā)生在10—12月秋冬換季時(shí)節(jié)。后來(lái)感覺(jué)跟銅冷卻壁冷卻強(qiáng)度高有關(guān)，由于沒(méi)有使用銅冷卻壁的經(jīng)驗(yàn)，為防止控水對(duì)銅冷卻壁的損壞，2008年開(kāi)始逐步摸索小步控水，控制水溫差，采取控制一段，穩(wěn)定一段，再控制的方法。至目前為止，銅冷卻壁平均進(jìn)水量較未控前減少35％的進(jìn)水，水溫差提高1．5℃。銅冷卻壁、銅冷板進(jìn)水量、水溫差控制見(jiàn)表4。
經(jīng)過(guò)對(duì)銅冷卻器冷卻強(qiáng)度的控制，配合高爐下部擴(kuò)風(fēng)口，大風(fēng)量，活躍爐缸等措施，2號(hào)高爐基本走出了每年秋冬季爐況失常的怪圈，風(fēng)口小套長(zhǎng)度也由525mm,恢復(fù)至575mm。
3 結(jié)語(yǔ)
從馬鋼二鐵廠(chǎng)高爐爐體爐腹至爐身下部冷卻壁的變遷來(lái)看，使用銅冷卻壁對(duì)高爐長(zhǎng)壽有著決定性的影響。由于我廠(chǎng)所處的地理位置，秋冬換季時(shí)溫差大，應(yīng)對(duì)冷卻器水溫差進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。從銅冷板的實(shí)際使用情況來(lái)看，爐況順行狀況對(duì)其壽命起著決定性的影響，破損以后對(duì)高爐爐況影響很大。綜合來(lái)看，銅冷板的取消是正確的。